毫無用處的汽車知識 篇二十五:應用於民用領域的賽車技術的雜談

民用車一百多年來的技術發展,離不開賽車技術的發展,有笑話說“賽車"是隨著第二輛汽車的發明而發明的,正如人要追求更快更遠更強一樣,汽車也在運動性,安全性,經濟性等方面無時無刻不在進行著競爭,而賽車場就是汽車廠家的試驗田,無論是原創技術,還是從航空航天下放來的技術,都在賽車場上經過檢驗之後,或多或少的影響著我們現在駕駛的量產車。

DOHC-雙頂置凸輪軸

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世界上第一臺雙頂置凸輪軸發動機來自於1912年的標緻L76,這臺7.6L的引擎在grand prix上打敗了14L排量的菲亞特,DOHC一鳴驚人

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那時的DOHC結構和現在還是有一點不同,而且體積很大,不過這並不影響DOHC的普及之路

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次年1913年,L76的改進型又贏得了indi500的大獎,這是標誌在戰後那段拉利賽吸獎器之前難得的一段高光時

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不過DOHC的量產車下放也是經過了很長時間,直到1925年英國的日光才推出了 Sunbeam Three-Litre Twin Cam,而且只造了300輛,這臺3.0L的DOHC發動機也幫助日光在勒芒大賽上取得了好成績。

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在日光之後,30年代開始美國的豪華車型也開始配備DOHC引擎,不過DOHC一直是一種豪華,運動,高端的代表,限制DOHC發展的一個是SOHC便宜夠用,一個是美國非常中意OHV,所以直到80年代,受燃油經濟性限制和日系廠商的精益製造能力推動,DOHC才逐漸成為主流標配引擎,因為L4引擎只需要一個缸蓋,相比V6/V8要倆缸蓋,L6太大,經濟性和性能都還說得過去的L4+DOHC笑到了最後。

燃油噴射

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說起燃油噴射可能有人會好奇這又不是什麼新鮮玩意,在石油危機和排放法案終結了化油器近百年的統治後燃油噴射甚至已經不是一個可以在尾標上炫耀的項目了,然而燃油噴射技術的普及,卻經歷了近半個世紀的隱忍。

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我們知道柴油機都是燃油噴射的,而首個燃油噴射的汽油機要追溯到1902年的法國工程師Leon Levavasseur 發明的 Antoinette 8V發動機,這也是世界首個量產V8汽油發動機,不過。。。。這是一個飛機發動機。

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從那以後直噴發動機因為高出力,工況適應性相比化油器差,一直只活躍在航空發動機中,直到二戰後美國的hot-rodder(你可以理解為美國版暴走族),Stuart Hilborn基於航空發動機技術研發了直噴改裝件,裝在一臺福特V8發動機上

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1948年Hilborn在Bonneville鹽床(就是那個各種破直線記錄的地方)跑出了150邁的速度,從那以後hilborn燃油噴射器也成為了hot-rodder的一大夢想產品,和霍利化油器並駕齊驅。

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而在燃油經濟性方面,1950年的Goliath GP700(寶沃的子品牌),GP700有一臺0.7L的燃油引擎,雖然車重只有1噸但是可以跑到78邁的急速,在燃油經濟性和性能方面取得了良好的權衡。

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於是在賽車領域,1954年奔馳的W196率先使用了直噴發動機,因為當時F1的規定是可以使用2.5L排量以下的自吸發動機或0.75L以下的增壓發動機,而奔馳發現同功率的增壓發動機油耗太高了,於是決定使用直噴自吸發動機這一新技術,在燃油消耗上吊打了其他使用化油器的車型。這技術隨機被拿到了SL300上,這也是第一臺量產缸內直噴發動機的汽車。

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1957年美國的AMC的Rambler Rebel開始可以選配 Bendix開發的電噴系統,這也是第一款量產電噴車輛,相比SL300的機械噴射,電噴在可控性上又上了一個臺階,不過正如現在還有人討厭新的電子產品一樣,電噴和化油器的競爭也一直搞了好幾十年,總有化油器愛好者以各種原因拒絕電噴。

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不過最終化油器還是死在了石油危機和排放法案手裡,在美國1994年以後就再也沒有合法的量產化油器車輛了,中國從2001年開始禁止銷售化油器車輛,美國最後一款化油器車型是isuzu的皮卡,中國是切諾基。

剎車

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碟剎現在已經不是什麼新鮮玩意,如果哪個車配個前碟後鼓,反倒是可以拿來噴一下(途達你站好,說的就是你),不過碟剎走向民用汽車,並不如我們想象的那麼早。

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有史可查的第一臺配備了碟式剎車盤的車輛應該是Frederick William Lanchester於1902年專利並應用在藍切斯特汽車上,不過因為當時的材料技術,以及糟糕的路況,銅質剎車盤耐久非常低。

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後來剎車盤經過多次改良,並在汽車上進行過很多次嘗試性應用,但都打不過鼓式剎車,只有在對制動力要求很高(比如軍用),或者對空間要求很高(比如帶輪轂減速機的門式橋),才會考慮。虎式坦克就使用碟剎作為主制動器。

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1950年,戰後的F1比賽,BRM車隊在車上安裝了碟剎參加比賽,不過這個type15型車並沒有取得出眾的成績。

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1952年捷豹找來了給飛機做過碟剎的鄧祿普,把飛機用的剎車鼓搗到了汽車上,Ctype參加了勒芒24小時但是並沒有取得好成績,不過經過一年的改造之後,1953年Ctype包攬了勒芒的第1,2,4名。

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此後奧斯汀曾經生產過100輛碟剎型跑車,不過真正大批量民用車裝備應該是雪鐵龍的DS,雖然DS的碟剎並不安裝在輪轂內,不過150萬的銷量依然令人羨慕。

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對於賽車來說,剎車是和發動機一樣重要的一個系統,剎車系統決定著你的車極限在哪,好的剎車可以讓你離彎心更近10米剎車,那這10米的極速時間就是白賺的,如果跑50圈有500個彎那就是領先5000米,所以F1車隊對於剎車的研究總是不遺餘力。1976年伯明翰姆車隊開始測試飛機用的碳陶剎車,不過他們的研發方向有點問題,把碳用在了剎車片上。

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1979年,終於找到了正確方法的伯明翰姆找來了飛機的碳陶(可以叫Carbon fibre reinforced carbon(CFRC), carbon–carbon (C/C), 也可以叫 reinforced carbon–carbon (RCC)剎車碟,把外圈車掉保留內圈,鼓搗到到F1賽車上,取得了不錯的成績。此舉引來其他F1車隊紛紛效仿。不過碳陶的幾個缺陷也導致其無法很快的推廣到民用車上,比如其抗衝擊性差,高科技如航天飛機的碳陶隔熱板,被泡沫都能砸個窟窿。

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極高的發熱量,對剎車的通風系統也有極高的要求,同時剎車片的損耗也會比普通車快很多。


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而且碳陶剎車的最佳工作溫度比較高,所以正常使用亮碟是常有的事。雖然現在很多性能車和超跑都開始使用碳陶剎車,但是普通車型還是沒有裝備,主要原因還是沒有必要。

ABS,TC,EBD,ESC

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剎車材質的改進是一方面,剎車原理的改進也是一個方向,弗格森車隊受他們的拖拉機贊助商的蠱惑,在自己的P99賽車上安裝了四輪驅動和ABS(adanced braking system)剎車防抱死系統,主要目的是在剎車時依然能保持牽引力,不過在1961年他們只在一場溼地賽中取得了冠軍。

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traction control,牽引力控制,可以防止起步失控,在轉彎時防止轉向過度和不足,是1971年別克首先發明使用的,不過很神奇的是這項技術反而是乘用車向賽車反向輸出的技術。

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1987年開始,在幾個主要供應商(德爾福,博世,豐田自動織機)等的支持下,寶馬,通用,豐田分別將abs,tc等電子系統整合在一起,稱為電子車身穩定系統,當然,英文縮寫叫什麼的都有,esp,esc,dsc,vcs,等等,都是一個東西。

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大約在95年左右esc系統又增加了EBD電子制動力分配系統這一子系統,可以通過給各個輪子的分泵施加不同的制動力,控制車身姿態。

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從這以後各種各樣的電子系統都被塞到了ESP這一系統裡(當然各家的功能不一樣),以博世的9代為例已經有這麼多功能了。

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不過!凡事都有個物極必反的道理,1993年F1設計大師Adrian Newey為威廉姆斯車隊設計的賽車,使用了極其複雜的電子控制系統,以至於賽車在啟動時要連接3檯筆記本電腦初始化。這一瘋狂的電子化導致威廉姆斯的車圈速提高了近2秒,於是既然突破了規則,那就砍掉他吧,abs系統於1993年開始消失在了F1賽事中。

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2001年,因為執法困難和作弊太多,F1又開放了TC的使用,不過因為不想讓F1變成高智能方程式,2008年隨著FIA向參賽隊伍提供可以自己mapping的標準ECU,TC再次被ban了。我覺得我可以寫一期F1禁用了的技術,那一定很好玩。

尾翼和碳纖維

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其實賽車早就意識到空氣動力的重要性,只是早期的賽車因為還不夠快,都停留在被動的修型上。直到瘋狂的Chaparral 2E車型誕生,2E不僅第一次配備了尾翼,還可以主動控制尾翼運動,這一出色的設計當然。。。。很快被各種比賽ban了,這也是現如今F1的DRS系統的鼻祖了。

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法拉利是第一個在F1中使用尾翼的車隊。從此打開了F1賽車空氣動力的大門,FIA也在不停的平衡,很多先進的空氣動力方案也都被一一ban掉,畢竟你們開的是汽車不是飛機。。、

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既然尾翼限制多,那就找別的思路,搞定地面效應是一個好出路,地盤變小的同時還可以降低重量,是一個雙贏的選項,不過一直到80年代以前這都是難以實現的:材料強度不夠。直到1979年John Barnard找到了英國航空航天公司學習了碳纖維的用法,MP4/1橫空出世。

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碳纖維的性能我就不說了,1981年邁凱倫車隊帶著黑科技(真黑)碳纖維車身的MP4/1參加了F1比賽,卻沒想到在另一個方面證明了F1的優勢。

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John Watson駕駛這輛賽車發生了嚴重的車禍,發動機和一側後輪都掉了下來。

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得益於澡盆型座艙的保護,Watson活了下來,並自己把殘存的三輪車推到了賽道外。

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得益於極高的重量強度比,和出色的安全性能,碳纖維迅速在超跑中成為一種”豪華“材料,甚至還有像柯尼塞格這樣全碳纖維的車型。不過真正走入尋常百姓的碳纖維車型還是寶馬I3,這25%碰撞簡直白送。

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有人說了,這顯然25%優化了啊,根本沒吸能,直接跑開了,是這樣沒錯,那我們來看一下車頂強度,嗯6.5噸,要知道這可是一個不到只有幾十千克的框架,在比傳統鋼材輕了至少600公斤的情況下依然達到了這樣的強度(車重接近1.5噸,車頂承重4.3倍,G)

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那我們再來看一個全吸能的正碰,可見整個駕駛艙乘員艙的框架幾乎”紋絲不動“

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I3尚可如此,柯尼塞格更不用說了,所以車越貴安全性越高,並不是空穴來風,

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(圖片來自汽車大偵探東門)指望車企普及碳纖維咱就不指望了,只希望熱成型鋼不要莫名其妙的變成超高強度鋼,超高強度鋼不要莫名其妙的變成高強度鋼,高強度鋼也不要畫著畫著就沒了。


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